Yeni bir araştırma, kromozom yapısına dayalı benzersiz bir yaklaşım kullanarak, ktenoforlar olarak da bilinen petek denizanalarının hayat hayvanı ağacından ayrılan ilk soy olduğunu ve ardından süngerlerin geldiğini belirledi. dal. Daha önce, kesin olmayan gen dizisi çalışmaları nedeniyle süngerlerin mi yoksa taraklı jölelerin mi ilk dal olduğu belli değildi. Bu araştırma, hayvanların erken evrimini anlamamıza katkıda bulunuyor ve sinir sistemi, kaslar ve sindirim sistemi gibi hayvan biyolojisinin temel özelliklerinin kökenine dair fikir veriyor.
Kromozom analizi, tüm hayvanların kardeş grubu hakkında tartışma. Sünger değil, taraklı denizanasıdır.
Araştırmacılar, petek denizanalarının, süngerlerden önce hayvan hayat ağacından ayrılan ilk soy olduğunu ortaya çıkarmak için kromozom temelli yeni bir yaklaşım kullandılar. Hayvanların erken evrimine dair yeni bilgiler sağlayan bu araştırma, temel biyolojik özelliklerin nasıl evrimleştiğine ilişkin anlayışımızı geliştiriyor.
Bir yüzyıldan fazla bir süredir, biyologlar, eski okyanuslarda ilk ortaya çıktıklarında en eski hayvanların nasıl olduğunu merak ettiler. yarım milyar yıldan fazla bir süre önce.
Günümüzün en ilkel görünümlü hayvanları arasında hayat hayvanı ağacının en eski dalını arayan bilim adamları, olasılıkları kademeli olarak iki gruba indirdiler: yetişkin yaşamlarının tamamını geçiren süngerler bir noktada, yiyecekleri deniz suyundan süzmek; ve denizanaları, yiyecek aramak için dünya okyanuslarında kürek çekerek ilerleyen doymak bilmez yırtıcı hayvanlar.
Bu hafta Nature dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmada, araştırmacılar kromozom yapısına dayalı yeni bir yaklaşım kullanarak yeni bir yaklaşım kullanıyorlar. kesin bir cevap: Petek denizanaları veya ktenoforlar (teen’-a-fores), hayvan ağacından dallanan ilk soydu. Sırada süngerler vardı, ardından insanlara giden soy da dahil olmak üzere diğer tüm hayvanların çeşitlenmesi geldi.
Araştırmacılar, ktenofor soyunun süngerlerden önce dallandığını belirlemesine rağmen, her iki hayvan grubu da ortak soylarından evrimleşmeye devam etti. Ata. Bununla birlikte, evrimci biyologlar, bu grupların hala en eski hayvanlarla ortak özelliklere sahip olduğuna ve hayvan hayat ağacının bu erken dallarının incelenmesinin, hayvanların nasıl ortaya çıktığına ve bugün çevremizde gördüğümüz tür çeşitliliğine nasıl evrildiğine ışık tutabileceğine inanıyor.{4 }
Kaliforniya deniz bektaşi üzümü olarak adlandırılan Hormiphora californensis, Kaliforniya kıyı sularında yaygın olarak bulunan bir jöle veya ktenofordur. Ctenophores, yiyecek aramak için okyanuslarda ilerlemek için kullandıkları sekiz set silyaya sahiptir. Bu örnek, 2016 yılında MBARI’nin uzaktan kumandalı aracı (ROV) Doc Ricketts tarafından Monterey Kanyonu’nda yaklaşık 280 metre derinlikte gözlemlendi. Kredi: Monterey Bay Akvaryum Araştırma Enstitüsü
“Tüm hayvanların en yakın ortak atası muhtemelen 600 veya 700 milyon yıl önce yaşadı. Yumuşak vücutlu hayvanlar oldukları ve doğrudan fosil kayıtları bırakmadıkları için neye benzediklerini bilmek zor. Ancak ortak atalarımız hakkında bilgi edinmek için canlı hayvanlar arasındaki karşılaştırmaları kullanabiliriz,” dedi. Viyana. “Heyecan verici. Fosil bulma umudumuzun olmadığı geçmişe bakıyoruz, ancak genomları karşılaştırarak bu çok erken atalar hakkında bir şeyler öğreniyoruz.”
Hayvan soyları arasındaki ilişkileri anlamak araştırmacılar, bilim insanlarının sinir sistemi, kaslar ve sindirim sistemi gibi hayvan biyolojisinin temel özelliklerinin zaman içinde nasıl geliştiğini anlamalarına yardımcı olacağını söylüyor.
“Mümkün olan en derin bakışlardan birini almanın yeni bir yolunu geliştirdik. Hayvan yaşamının kökenine inmek, ”diyor baş yazar ve eski bir UC Santa Cruz yüksek lisans öğrencisi ve şu anda Viyana Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Monterey Bay Akvaryum Araştırma Enstitüsü’nde (MBARI) araştırmacı olan Schultz. “Bu bulgu, bilim camiasının hayvanların nasıl evrimleştiğine dair daha iyi bir anlayış geliştirmeye başlaması için temel oluşturacak.”
Yeni keşfedilen ve hâlâ tanımlanamayan biyolüminesan bir derin deniz süngeri 2019, MBARI’nin ROV Doc Ricketts tarafından Orta Kaliforniya açıklarında yaklaşık 3.970 metre derinlikte.Bu hayvanlara hep birlikte iki yüzlüler denir.
Bununla birlikte, denizanası, deniz şakayıkları, süngerler ve ktenoforlar gibi diğer gerçek hayvanlar daha basit vücut planlarına sahiptir. Bu canlıların pek çok ikili özelliği yoktur – örneğin, tanımlanmış bir beyinleri yoktur ve hatta bir sinir sistemi veya kasları bile olmayabilir – ancak yine de hayvan yaşamının, özellikle de döllenmiş bir yumurtadan çok hücreli vücutların gelişiminin ayırt edici özelliklerini paylaşırlar.
{ 2}Bu farklı canlılar arasındaki evrimsel ilişkiler, özellikle de soyların hayvan ağacının ana gövdesinden dallanma sırası tartışmalı hale geldi.
DNA dizilemenin yükselişiyle birlikte, biyologlar, hayvanların ve onların genlerinin, en eski hayvanların Kambriyen Öncesi Dönem’de ortaya çıkmasından bu yana zaman içinde nasıl evrimleştiğini gösteren bir soy ağacı oluşturmak için hayvanlar tarafından paylaşılan gen dizilerini karşılaştırabildiler.
Ancak bu filogenetik yöntemler, gene dayalıdır Rokhsar, dizilerin, hayvan ağacının en eski dalı olan süngerlerin mi yoksa petekli jölelerin mi olduğu konusundaki tartışmayı çözmede başarısız olduğunu, kısmen bu farklılıkların çok eski olmasından kaynaklandığını söyledi.
“Sofistike diziye dayalı çalışmaların sonuçları temelde bölünmüştü” dedi. “Bazı araştırmacılar iyi tasarlanmış analizler yaptılar ve önce süngerlerin dallandığını buldular. Diğerleri de aynı derecede karmaşık ve savunulabilir çalışmalar yaptı ve ktenofor aldı. Kesin bir yanıt için gerçekten bir yakınsama olmadı.”
Sadece onlara bakıldığında, süngerler oldukça ilkel görünüyor. Serbest yüzen larva aşamasından sonra yerleşirler ve genellikle tek bir yerde kalırlar, deniz suyunda çözünmüş küçük yiyecek parçacıklarını yakalamak için suyu gözeneklerinden nazikçe süpürürler. Sinirleri veya kasları yoktur, ancak sert kısımları banyoda güzel bir temizleyici görevi görür.
“Geleneksel olarak, süngerlerin hayvan ağacının hayatta kalan en eski dalı olduğu kabul edilir, çünkü süngerlerin bir dişleri yoktur. sinir sistemi, kasları yok ve biraz tek hücreli protozoanların kolonyal versiyonlarına benziyorlar,” dedi Rokhsar. “Ve güzel bir hikayeydi: Önce tek hücreli protozoanlar geldi, sonra bu tür hücrelerin süngerimsi çok hücreli konsorsiyumu gelişti ve günümüz hayvan çeşitliliğinin tümünün atası oldu. Bu senaryoda, sünger soyu, biz dahil diğer tüm hayvanlara yol açan daldaki hayvan atasının birçok özelliğini koruyor. Nöronlara, sinirlere, kaslara ve bağırsaklara ve hayvan yaşamının geri kalanının tanımlayıcı özellikleri olarak bildiğimiz ve sevdiğimiz her şeye yol açan uzmanlıklar gelişti. Süngerler, bu özelliklerden yoksun oldukları için ilkel görünürler.”
En eski hayvan soyuna ait diğer aday, birçok akvaryumda popüler olan petekli denizanası grubudur. Yüzeysel olarak denizanası gibi görünseler de – genellikle çan benzeri bir şekle sahiptirler, ancak denizanasının aksine iki lobludurlar ve genellikle dokunaçlar – sadece uzaktan akrabadırlar. Ve denizanaları suda fışkırırken, ktenoforlar tarak gibi yanlarında düzenlenmiş sekiz sıra çırpıcı kirpiklerle kendilerini iterler. Kaliforniya kıyılarında yaygın bir ktenofor, 1 inç çapındaki deniz bektaşi üzümüdür.
Kromozomlar imdada yetişir
Süngerlerin mi yoksa ktenoforların mı ilk hayvan dalı olduğunu öğrenmek için yapılan yeni çalışma, beklenmedik bir özelliğe dayanıyordu: genlerin kromozomlar halinde düzenlenmesi. Her türün kendine özgü bir kromozom sayısı (insanlarda 23 çift vardır) ve kromozomlar boyunca karakteristik bir gen dağılımı vardır.
Rokhsar, Simakov ve ortak çalışanlar daha önce süngerlerin, denizanalarının ve diğer birçok omurgasızın kromozomlarının benzer kromozomlar taşıdığını göstermişti. yarım milyar yıldan fazla bağımsız evrime rağmen gen setleri. Bu keşif, birçok hayvanın kromozomlarının yavaş evrimleştiğini öne sürdü ve ekibin, bu farklı hayvanların ortak atalarının kromozomlarını sayısal olarak yeniden oluşturmasına olanak sağladı.
Ancak ktenoforların kromozom yapısı, Schultz’un 2021 yılına kadar bilinmiyordu. UC Santa Cruz’da bir yüksek lisans öğrencisi ve yardımcı danışmanları, UCSC’den Richard Green ve MBARI ve UCSC’den Steven Haddock, ktenofor Hormiphora californiensis’in kromozom yapısını belirlediler. Rokhsar, diğer hayvanlarınkinden çok farklı göründüğünü ve bunun bir bilmece oluşturduğunu söyledi.
“İlk başta, sadece değiştikleri için ktenofor kromozomlarının diğer hayvanlardan farklı olup olmadığını anlayamadık. yüz milyonlarca yıldan fazla bir süre,” diye açıkladı Rokhsar. “Alternatif olarak, farklı olabilirler çünkü diğer tüm hayvan soyları ortaya çıkmadan önce dallandılar. Bunu çözmemiz gerekiyordu.”
Araştırmacılar, başka bir jöle ve süngerin yanı sıra hayvan soyunun dışında kalan üç tek hücreli yaratığın genomlarını sıralamak için güçlerini birleştirdi: bir choanoflagellate, bir filasterean amip ve ichthyosporean adı verilen bir balık paraziti.Aksine, ktenoforlar hayvan olmayanlara benziyordu. En basit açıklama, ktenoforların yeniden düzenlemeler gerçekleşmeden önce dallara ayrılmış olmasıdır” dedi.
Schultz, “Bu eski evrimsel olayın parmak izleri, yüz milyonlarca yıl sonra hayvanların genomlarında hâlâ mevcuttur” dedi. “Bu araştırma… hayvanları neyin hayvan yaptığını anlamamız için bize bağlam sağlıyor. Bu çalışma, çevrelerini nasıl algıladıkları, nasıl yedikleri ve nasıl hareket ettikleri gibi hepimizin paylaştığı temel işlevleri anlamamıza yardımcı olacak.”
Rokhsar, ekibin vardığı sonuçların sağlam bir şekilde beş genetik diziye dayandığını vurguladı: kromozom kombinasyonları.
“Çok eski bir kromozomal sinyalin kalıntısını bulduk,” dedi. “Bunun sadece rastgele bir gürültü değil, gerçekten açık bir sinyal olduğuna kendimizi ikna etmek için biraz istatistiksel dedektiflik çalışması gerekti, çünkü nispeten küçük gen gruplarıyla ve hayvanlar ile hayvan olmayanlar arasında belki de bir milyar yıllık farklılıkla uğraşıyoruz. Ancak sinyal orada ve “önce ktenofor dallı” senaryosunu güçlü bir şekilde destekliyor. Alternatif önce sünger hipotezinin doğru olabilmesinin tek yolu, hem süngerlerde hem de ktenofor olmayan hayvanlarda birden fazla yakınsak yeniden düzenlemenin gerçekleşmesi olabilir ki bu pek olası değildir.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Genetic Linkages Illuminate En Erken Hayvan Evrimi.
Referans: Darrin T. Schultz, Steven H. D. Haddock, Jessen V. Bredeson, Richard E. Green, Oleg Simakov ve Daniel S. Rokhsar, 17 Mayıs 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05936-6
UC Berkeley’den Jessen Bredeson da bu çalışmaya katkıda bulunmuştur.
{2 }Bu araştırmanın finansmanı, David ve Lucile Packard Vakfı, MBARI, Ulusal Bilim Vakfı (GRFP DGE 1339067 ve DEB-1542679), Avrupa Araştırma Konseyi’nin Horizon 2020: Avrupa Birliği Araştırma ve Yenilik Programı (hibe No. 945026) tarafından sağlanmıştır. , Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Moleküler Genetik Birimi, Chan Zuckerberg Biohub Ağı ve Biyolojik Bilimler alanında Marthella Foskett Brown Kürsüsü’nün dahili fonları.
.